(57)【要約】【課題】電子写真方式により基板の上に回路パターンを形成する際、回路パターン周辺へのトナー塵が少なく、かつ鮮明に回路パターンを形成する。【解決手段】本発明の画像形成装置は、高電圧制御部２７により現像コントラストを制御して感光体１上のトナー高さを１２〜４０μｍにし、ガラスエポキシ基材上に形成された配線パターンにおける配線のパターン画像周辺の塵を少なくし、配線が得られたガラスエポキシ基板に対して硬化されたトナーの樹脂１１の表面から露出している銅粒子１０を核とする無電界銅メッキ処理を行ってガラスエポキシ基材上に形成された配線（パターン情報）の導電性を確保する。【選択図】図３
2005300729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粒子を含有するトナーを用いて基板上に画像を形成する画像形成装置であって、
像担持体を帯電する帯電手段と、
この帯電手段で帯電された像担持体をパターン情報に基づいて露光する露光手段と、
この露光手段で露光された像担持体を上記トナーで現像する現像手段と、
この現像手段で現像される像担持体上のトナー高さを所定値に制御する制御手段と、
を具備することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
上記制御手段は、上記像担持体上のトナー高さを４０μｍ以下に制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
上記制御手段は、上記像担持体上のトナー高さを所定値にするため、上記露光手段で露光された上記像担持体の露光部電位をＶｅｒ、上記現像手段に印加される現像バイアスのＤＣ成分をＶｄとし、Ｖｅｒ−Ｖｄで示される現像コントラストを制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】
配線パターン情報に基づいて基板上に配線パターンを作成する配線基板作成方法であって、
像担持体を帯電し、
この帯電された像担持体を上記配線パターン情報に基づいて露光し、
この露光された像担持体を金属粒子を含有するトナーで現像する際、この像担持体上に現像されるトナー高さを所定値に制御し、
上記像担持体上に所定値のトナー高さに制御されて現像された像担持体上のトナー像を上記基板に転写し、
この基板上に転写されたトナー像を溶融硬化し、
この基板上で溶融硬化されたトナー像の表面から露出している金属粒子を核とする無電界メッキを施すようにしたことを特徴とする配線基板作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子写真方式を用いて基板に画像を形成する画像形成装置と配線基板作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配線基板や多層配線基板を構成する基板上に回路パターンを形成する方法としては、スクリーン印刷方式が広く採用されている。このスクリーン印刷方式は、銀、白金、銅、パラジウムなどの金属粉と、エチルセルロースなどのバインダとを混合したものをテルピネオール、テトラリン、ブチルカルビトールなどの溶媒で粘度を調整してペーストを作成し、このペーストを基板上に所定の回路パターンで塗布するものである。
【０００３】
しかし、このスクリーン印刷方式では、各回路パターンに対応した専用マスクを用意する必要がある。特に、多品種小量生産になりがちな多層配線基板などの場合は、専用マスクの種類が多くなり、専用マスクを作製する時間が長くなるとともに多層配線基板の製造コストが多大になるという問題がある。また、回路パターンの部分的な変更でも、専用マスクを再作成しなければならず、柔軟な対応が取れないという問題もある。
【０００４】
このようなスクリーン印刷方式の問題点を解消するために、近年、電子写真方式により基板上に回路パターンを形成する方法が開発されている。
【０００５】
この電子写真方式による回路パターン形成方法では、感光体上に所定のパターンの静電潜像を形成し、この静電潜像に、回路形成用荷電性粉末（球形の導電性粉末の表面に電荷制御剤を固着させた後、熱可塑性樹脂を被覆した構造）を静電的に付着させて可視像を形成し、その可視像を基板に転写して回路パターンを形成している（例えば特許文献１）。
【０００６】
しかし、このような電子写真方式では、熱可塑性樹脂層が薄いため、トナーの電気抵抗が低く、外添剤付与による帯電量の制御が極めて難しいため、高精度な導電性の回路パターンを形成することが難しかった。
【０００７】
このように、電子写真方式を用いて導電性の回路パターンを形成する場合には、導電性と帯電性付与とはトレードオフの関係にあるため、帯電性を維持しながら所定の導電性を得ることが困難であるという問題があった。特に、回路パターンのような微細なパターンを精度よく形成するためには、帯電性のコントロールが極めて重要となり、良好な回路形成精度と電気特性とを両立させる回路形成用荷電性粉末の製造は、工業的に極めて困難であった。
【０００８】
そのため、金属粒子を絶縁性の熱硬化性樹脂に分散した後、粉砕分級を行ってトナーを作成し、電子写真方式により基板の上に回路パターンを形成し、その後トナーを熱硬化した後含有している金属粒子を核として無電界メッキを施して回路パターンの導電性を確保する方法が開発されている。この電子写真方式の現像時には、トナーの表面に現れる金属粒子が少ないため、トナーとして要求される帯電性は持たせやすくなっている。
【０００９】
しかしながら、このような電子写真方式において使用されるエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂は、通常の電子写真用トナーに使用される熱可塑性のスチレン系樹脂やポリエステル系の樹脂と比較して官能基を多く持つ。そのため、特に多湿の環境においては、吸湿により帯電量を維持し難いという課題があった。
【００１０】
トナーの電気抵抗が低く、かつ帯電量が低いという条件においては、感光体の潜像を現像した時の感光体上のトナー高さが高すぎ、パターン周辺への現像/転写塵を発生し、回路のショートに繋がる危険性があるといった不具合が発生していた。
【特許文献１】特開２００１−２８４７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記したように、電子写真方式により基板の上に回路パターンを形成する際、トナーの電気抵抗が低く、かつ帯電量が低いという条件においては、感光体の潜像を現像した時の感光体上のトナー高さが高すぎ、パターン周辺への現像/転写塵を発生し、回路のショートに繋がる危険性があるという問題があった。
【００１２】
この発明の目的は、電子写真方式により基板の上に回路パターンを形成する際、回路パターン周辺へのトナー塵が少なく、かつ鮮明に回路パターンを形成することのできる画像形成装置と配線基板作成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明の画像形成装置は、金属粒子を含有するトナーを用いて基板上に画像を形成する画像形成装置であって、像担持体を帯電する帯電手段と、この帯電手段で帯電された像担持体をパターン情報に基づいて露光する露光手段と、この露光手段で露光された像担持体を上記トナーで現像する現像手段と、この現像手段で現像される像担持体上のトナー高さを所定値に制御する制御手段とから構成されている。
【００１４】
また、この発明の配線基板作成方法は、配線パターン情報に基づいて基板上に配線パターンを作成する配線基板作成方法であって、像担持体を帯電し、この帯電された像担持体を上記配線パターン情報に基づいて露光し、この露光された像担持体を金属粒子を含有するトナーで現像する際、この像担持体上に現像されるトナー高さを所定値に制御し、上記像担持体上に所定値のトナー高さに制御されて現像された像担持体上のトナー像を上記基板に転写し、この基板上に転写されたトナー像を溶融硬化し、この基板上で溶融硬化されたトナー像の表面から露出している金属粒子を核とする無電界メッキを施すようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の画像形成装置は、電子写真方式により基板の上に回路パターンを形成する際、回路パターン周辺へのトナー塵が少なく、かつ鮮明に回路パターンを形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
最初に本発明の概要を説明する。
【００１８】
通常の電子写真方式に用いられるトナーとしては、一般的には加熱によって融ける熱可塑性樹脂が用いられるが、本発明の回路基板用トナーとしては、トナーが転写された基板上の導電パターンが加熱によっても安定していることが求められるため、熱硬化性樹脂が用いられる。このようなバインダとして用いられる熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。
【００１９】
また、基板の素材としては、ガラスエポキシ基材、ベークライト基材（フェノール樹脂）が一般的に用いられており、トナーの素材としてもこれらの基材と親和性が高いよう、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、あるいはその混合物を用いるのが好ましい。
【００２０】
ただし、1層の導電パターンのみ形成する場合などは、熱可塑性の樹脂を用いることも可能である。
【００２１】
トナーは、上記バインダに１μｍ以下の導電性の金属微粉（金属粒子）を１５〜７５％分散させることにより基本的に構成される。導電性の金属微粉としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ等の遷移金属が用いられる。
【００２２】
バインダに分散させた金属微粉は、トナー表面にも一部顔を出す。
【００２３】
それによって、基材上にトナーの回路パターンを形成して熱硬化させた後、無電界メッキを施すことにより、トナー表面に露出した金属微粉を核としてトナーパターン全体を覆う一様な銅の導電層を形成することが可能となる。
【００２４】
この無電界メッキを施してトナーパターンの導電性を確保することにより、トナー中の導電性金属微粉の量を少なくすることが可能となり、トナーの帯電性を確保して良好でかぶりの無いパターンを現像することができる。
【００２５】
金属微粉の含有率としては、１５〜７５重量％、好ましくは３０〜６５重量％であり、金属微粉の粒子径は１μｍ以下、好ましくは０．７μｍ以下である。
【００２６】
金属微粉の量が多くなるとトナーの電気抵抗が下がって帯電量が下がり、かぶりが発生し、金属微粉の量が少なくなると後に無電界メッキを行っても回路パターンに十分な導通性（導電性）を与えることができない。また金属微粉の粒子径が大きくなると、バインダ中の分散が不十分になり、トナー表面への露出、遊離した金属微粉粒子の存在が増え、かぶりが発生する。
【００２７】
上記のバインダ、金属微粉の他に、必要に応じてワックス、分散補助剤、着色剤、電荷調整剤などをトナー成分とすることができる。これらの原材料を均一に混合し、加圧ニーダあるいはバンバリーミキサ、２本ロール、３本ロール、２軸押出し機などの混練機を用いて加熱混練を行うが、この際、バインダが硬化しないように温度、時間に気をつける必要がある。
【００２８】
混練されたトナーは、冷却された後、粗砕され、その後ジェット粉砕機等を用いて微粉砕され、気流分級機等を用いて粒子径分布を整える。さらに、粉砕分級の後、必要に応じてシリカ、酸化チタンなどの外添剤をトナーの表面に添加することができる。
【００２９】
トナーの粒子径としては、体積５０％粒子径として１２μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下である。
【００３０】
本実施例では、バインダとして熱硬化性エポキシ樹脂５０重量部、粒径０．７μｍの銅粒子を５０重量部とをヘンシェルミキサで５分間均一に混合した後、加圧ニーダにて９０℃の温度条件で１０分間混練を行い、ゲル化後、急冷した後ハンマーミルにて２ｍｍ以下まで粗粉砕を行った。その後、Ｉ式ジェット粉砕機及びＤＳＸ分級機を用いて８μｍのサイズまで微粉砕・分級を行った。得られたトナー１００重量部を、シリカＲ９７４  １重量部とヘンシェルミキサにて１０分間混合した後、２００メッシュのふるいを通して最終のトナーを得ている。トナー体積固有抵抗率は２．９ｘ１０^10Ωｃｍであった。
【００３１】
なお、トナーの粒度分布にはコールター社マルチサイザ−IIを用い、トナー体積抵抗率測定には安藤電気製ＡＧ−４３１１ＬＣＲメーターを用いた。また、トナーサンプルは、厚さ約１．５ｍｍのペレットに３０トンの圧力で成型し、３０℃の条件で１ｋＨｚ５Ｖの交流をかけて抵抗成分の測定を行った。
【００３２】
また、感光体上のトナー高さの測定は、レーザ変位顕微鏡にて行った。
【００３３】
図１は、上述したトナーの断面の概略を示すものである。少なくとも分散している銅粒子１０と樹脂１１とから成る。銅粒子１０の一部は、樹脂１１の表面から露出している。この露出していう銅粒子１０が、後に銅メッキ（無電界メッキ）する上で重要なポイントとなる。したがって、適度に銅粒子１０がトナー表面に露出していることが必要である。
【００３４】
本実施例では、平均粒径６０μｍのシリコン系の樹脂でコーティングされたフェライトキャリアと所定の混合比で上記トナーと混合した２成分現像剤を作成して使用している。
【００３５】
図２は、本発明に係る画像形成装置の概略構成を示すものである。画像形成装置は、感光体１、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、クリーニングブレード５、板金６、転写装置７、除電装置８、及びリカバリシート９とから構成されている。
【００３６】
露光装置３は、例えば、ＣＡＤ等で作成されたパターン情報（回路パターン情報）に基づいて感光体１を露光する。
【００３７】
クリーニングブレード５は、ウレタンゴムからなり板金６に支持されている。
【００３８】
板金６は、図示しないバネにより感光体１に所定の荷重で圧接されている。
【００３９】
リカバリシート９は、クリーニングブレード５により感光体１表面の残留（転写残り）トナーがかきとられた際に下に落ちるトナーを受けるものである。
【００４０】
図３は、画像形成装置の制御系の構成を示すものである。画像形成装置の制御系は、全体の制御を司るＣＰＵ２０、プログラム等を記憶しているＲＯＭ２１、データを一時記憶するＲＡＭ２２、露光装置３を制御する露光制御部２３、現像装置４を制御する現像兼清掃制御部２４、帯電、露光、現像、転写のプロセスを制御するプロセス制御部２５、図示しない搬送手段を制御する搬送制御部２６、及び帯電装置２のグリッド電圧、現像装置４の現像バイアス等の高電圧印加を制御する高電圧制御部２７とから構成されている。
【００４１】
次に、このような構成において、基材（基板）Ｐにパターン情報の画像を形成する動作を図４のフローチャートを参照して説明する。以下の動作は、ＣＰＵ２０によって制御される。
【００４２】
まず、感光体１は、図中矢印Ａ方向に回転される（ＳＴ１）。そして、感光体１は、帯電装置２により均一にマイナス帯電され（ＳＴ２）、露光装置３により露光され（ＳＴ３）、パターン情報が静電潜像として表面に形成される。現像装置４により、感光体１上の静電潜像にマイナス帯電のトナーがトナー像として反転現像される（ＳＴ４）。なお、このトナー像を形成しているトナーは、上述したように銅粒子１０と樹脂１１とから成っている。
【００４３】
現像された感光体１上のトナー像は、基材Ｐへの転写位置まで回転され、転写装置７により基材Ｐの裏面に付与されたプラス電荷により基材Ｐに静電転写される（ＳＴ５）。その際、基材Ｐは図示していない搬送手段により感光体１の周速とほぼ等速で搬送されている。
【００４４】
その後、基材Ｐは、除電装置８により除電され、感光体１からの剥離が補助されて感光体１から剥離される（ＳＴ６）。感光体１から基材Ｐへ転写されたトナー像のうち、転写残りとして感光体１上に残留したトナーは、クリーニングブレード５によってかきとられる（ＳＴ７）。
【００４５】
残留トナーがかきとられた感光体１は、再度、帯電装置２により帯電され（ＳＴ２）、継続的に感光体１上にトナー像が形成可能となる。
【００４６】
本実施例では、感光体１から、静電転写により基材Ｐに転写した場合を示したが、感光体１から、一旦、中間転写体に転写し、さらに基材Ｐに転写する場合にも、感光体１上に転写残りトナーが発生することは同様であり、本実施例の変形例として適用可能である。
【００４７】
また、静電転写方式の他に、粘着転写や圧力転写といった他の公知の転写方式を採用した場合も同様である。
【００４８】
次に、感光体１上のトナー高さについて説明する。
【００４９】
感光体１をマイナス帯電させる帯電装置２は、スコロトロンチャージ装置であり、高電圧制御部２７によりグリッド電圧を変化させることによって感光体１に付与する帯電の大きさを変えることができる。また、現像バイアスは、高電圧制御部２７により現像装置４に使用されている現像ローラ４ａに印加される。
【００５０】
本実施例では、ＤＣ現像バイアスを使用した。ＤＣ＋ＡＣの現像バイアスを使用することも可能であるが、その場合は、ＤＣ成分の値を次に述べる現像バイアス値として考えればよい。
【００５１】
図５は、「現像コントラスト」を横軸に「感光体上トナー高さ」を縦軸にして、現像バイアスを変えた際の変化を示したものである。
【００５２】
現像コントラストは、ΔＶｄｅｖ＝Ｖｅｒ−Ｖｄで示される。なお、画像形成時における現像位置での感光体露光部電位をＶｅｒ、現像ローラ４ａに印加される現像バイアスのＤＣ成分をＶｄとする。
【００５３】
また、白地コントラストは、−２００Ｖの一定値になるように感光体１の表面電位（Ｖ０）も同時に変化させている。白地コントラストは、ΔＶｃ＝Ｖ０−Ｖｄで示される。なお、画像形成時における現像位置での感光体１の表面電位をＶ０、現像ローラ４ａに印加される現像バイアスのＤＣ成分をＶｄとする。
【００５４】
本実施例では、上述した画像形成を以下のように行った。
【００５５】
幅１５０μｍ、ピッチ３００μｍの配線プリントデータ（パターン情報）を露光装置３に出力し、ガラスエポキシ基材（基材Ｐ）上に転写した。その後、１６０℃のホットプレート上で１０分間加熱してトナーの加熱硬化、定着を行った。
【００５６】
図５に示すように、現像コントラストが５００Ｖの時、感光体１上のトナー高さは平均５０μｍであった。
【００５７】
図６は、現像コントラストが５００Ｖ時のガラスエポキシ基材上に形成された１５０μｍ幅（１本）の配線Ａを示すものである。図６に示すように配線Ａのパターン画像周辺の塵が多くなっていた。
【００５８】
そして、配線Ａが得られたガラスエポキシ基板に対して、硬化されたトナーの樹脂１１の表面から露出している銅粒子１０を核とする無電界銅メッキ処理を行った。こうして、ガラスエポキシ基材上に形成された配線（パターン情報）の導電性が確保された。この後、導電性が確保された配線（回路）Ａの導通試験、絶縁試験を行ったところ、絶縁性が不十分であった。
【００５９】
また、図５に示すように、現像コントラストが４００Ｖの時、感光体１上のトナー高さは平均４０μｍであった。
【００６０】
図７は、現像コントラストが４００Ｖ時のガラスエポキシ基材上に形成された１５０μｍ幅（１本）の配線Ｂを示すものである。図７に示すように配線Ｂのパターン画像周辺の塵は少なかった。
【００６１】
そして、配線Ｂが得られたガラスエポキシ基板に対して、硬化されたトナーの樹脂１１の表面から露出している銅粒子１０を核とする無電界銅メッキ処理を行った。こうして、ガラスエポキシ基材上に形成された配線（パターン情報）の導電性が確保された。この後、導電性が確保された配線（回路）Ｂの導通試験、絶縁試験を行っても問題は生じなかった。
【００６２】
また、現像コントラストが３００Ｖの時、感光体１上のトナー高さは平均３０μｍであった。上述したように導電性が確保された配線（回路）の導通試験、絶縁試験を行っても問題は生じなかった。
【００６３】
また、現像コントラストが２００Ｖの時、感光体１上のトナー高さは平均１８μｍであった。上述したように導電性が確保された配線（回路）の導通試験、絶縁試験を行っても問題は生じなかった。
【００６４】
また、現像コントラストが１５０Ｖの時、感光体１上のトナー高さは平均１２μｍであった。上述したように導電性が確保された配線（回路）の導通試験、絶縁試験を行っても問題は生じなかった。
【００６５】
また、現像コントラストを１００Ｖの時、感光体１上のトナー高さは平均６μｍであった。しかし、上述したように配線が得られたガラスエポキシ基板に対して無電界銅メッキ処理を行って、配線（回路）の導通試験、絶縁試験を行ったところ、十分な導電性を得られることができなかった。
【００６６】
したがって、良好な感光体１上のトナー高さは、１２μｍ以上４０μｍ以下であると言える。この範囲であれば、パターン画像周辺のトナー塵の少ない、鮮明なパターンが得られ、さらに導通性、絶縁性ともに問題ないことが判明した。
【００６７】
上述した実施例では、現像コントラストを変えて感光体１上のトナー高さを変えたが、現像剤のトナー比濃度、現像ローラ４ａの感光体１に対する周速比など変えて実験を行った。この実験の場合も、トナー高さが４０μｍまでは良好な配線（回路）パターンが作成可能で、４０μｍを超えると絶縁性不良が発生した。
【００６８】
以上説明したように上記実施の形態によれば、金属粒子を絶縁性の熱硬化性樹脂に分散した後粉砕分級を行ってトナーを作成し、電子写真方式により基板の上に回路パターンを形成し、その後トナーを熱硬化した後含有している金属粒子を核として無電界メッキを施して回路パターンの導電性を確保する方法において、像担持体上のトナー高さを４０μｍ以下とすることによって、パターン画像周辺のトナー塵の少ない、鮮明なパターンが得られ、メッキ後の導通性、絶縁性の良好な配線基板を作成することができる。
【００６９】
なお、本願発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】トナー断面の概略構成を示す図。
【図２】本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す図。
【図３】画像形成装置の制御系の構成を示すブロック図。
【図４】基材にパターン情報の画像を形成する動作を説明するためのフローチャート。
【図５】感光体上のトナー高さを説明するための図。
【図６】ガラスエポキシ基材上に形成された１５０μｍ幅の配線Ａを示す図。
【図７】ガラスエポキシ基材上に形成された１５０μｍ幅の配線Ｂを示す図。
【符号の説明】
【００７１】
１…感光体（像担持体）、２…帯電装置（帯電手段）、３…露光装置（露光手段）、４…現像装置（現像手段）、５…クリーニングブレード、６…板金、７…転写装置（転写手段）、８…除電装置、９…リカバリシート、１０…銅粒子、１１…樹脂、２０…ＣＰＵ（制御手段）、２１…ＲＯＭ、２２…ＲＡＭ、２３…露光制御部、２４…現像制御部、２５…プロセス制御部、２６…搬送制御部、２７…高電圧制御部（制御手段）。
【図１】
2005300729.tif 000003
【図２】
2005300729.tif 000004
【図３】
2005300729.tif 000005
【図４】
2005300729.tif 000006
【図５】
2005300729.tif 000007
【図６】
2005300729.tif 000008
【図７】
2005300729.tif 000009